富湾岩溶地面塌陷成因分析与防治

2022-09-12

2005年4月25日, 广东省佛山市高明区富湾江湾社区李家村发生地面塌陷地质灾害, 至5月8日发展为4个塌坑的地面塌陷群, 严重威胁李家村7户26人的生命财产安全。随后当地政府和相关部门立刻组织地质灾害专家和技术人员对其进行勘查和治理, 抑制了灾情的继续发展。至2009年初, 该处再没有岩溶地面塌陷地质灾害发生, 说明采取的防治措施取得了预期的效果。本文以此为例, 对其地质环境条件、灾害特征、成因分析和防治措施4个方面展开论述, 希望能为岩溶地面塌陷地质灾害防治工作者提供帮助。

1 地质环境条件

(1) 气象水文。高明区地处北回归线以南, 属南亚热带季风型气候。日照充足, 热量丰富, 长夏无冬, 雨量充沛, 干湿季节明显。年均降水量1400~1900mm, 最大月降雨量662.0mm, 最大日降雨量279.8mm, 最大1小时降雨量102.6mm。

(2) 地形地貌。地貌类型主要为冲积平原, 海拔高度一般为6.2~23.8m;冲积平原主要为鱼塘和稻田, 北侧水体较发育。南部冲积平原稻田和部分鱼塘已填土开发为工业区, 地形起伏不大, 海拔高度一般为2~5m, 人类活动不强烈。

(3) 地层岩性。灾害发生区为第四系所覆盖, 下伏基岩为三叠系上统~下侏罗统 (T3~J1) , 其特征为:

(1) 石炭系石磴子组 (Csd) :岩性为灰色中厚层—厚层状灰岩、泥质灰岩、生物碎屑灰岩, 夹炭质钙质泥岩, 是易发生岩溶的岩性段, 分布于李家村外围区域, 厚约48~244m。

(2) 上三叠统—下侏罗统 (T3~J1) :岩性为砾状灰岩、砂砾岩、岩屑砂岩、细砂岩、泥岩、页岩等, 夹煤线、煤层。区域上, 岩性变化较大, 区内李家村隐伏基岩为砾状灰岩。

(3) 第四系 (Q) :第四纪松散沉积物分布广泛, 上部为海陆交互相冲淤积之流塑状淤泥、软塑~可塑粉质粘土及松散~稍密的粉细砂, 中部为第四系河流相沉积之砾石、砾砂和中粗砂、细砂, 底部为第四系坡残积层, 覆盖厚度几米~几十米。

(4) 地质构造。区域地质构造发育, 有许多大断裂从附近穿过, 同时在区内钻探中于发现岩石破碎带, 并有褐铁矿化, 推测有北西向断裂从区内通过。

(5) 水文地质条件。地下水按其赋存介质的不同可划分为松散土层孔隙水 (砂、砾层, 碎石土层中孔隙水) 、碳酸盐岩类裂隙溶洞水 (岩溶水) 及基岩裂隙水三大类型。地质灾害区处于沧江河流域河谷中, 周边水系发育, 西江从东侧流经, 沧江河支流西安河从区中间穿过 (图1) , 区内地形平坦, 地势较低, 地面标高4.0~6.0 m之间, 与东、西、北侧丘陵地形高差50~200m, 汇水条件好, 砾状灰岩岩溶发育, 河谷中河流相松散砂层厚度大、分布广, 有利于地下水的储存和汇集。据区域水文地质资料和现场水文地质钻探, 该区地下水丰富。

2 岩溶地面塌陷发育特征

(1) 岩溶地面塌陷发育特征

2005年4月, 该区降雨量200~230mm, 比常年略偏多。2005年4月25日勘查区内李家村发生地面塌陷地质灾害, 至5月8日发展为5个塌坑的地面塌陷群, 至10月西安河水底又发现有3处塌坑, 11月14日关家31号、3 2号、3 3号、4 7号和8 2号住房之间地面出现裂缝, 裂缝长度2~5 m, 宽度5~15 mm, 严重威胁村民的生命财产安全。岩溶地面塌陷灾害情况详见表1及图1。

(2) 土洞发育特征。据钻孔资料及物探资料分析, 勘查区内已发现的土洞有18处, 土洞顶板埋深2 6.2~4 5.8 m, 洞高0.5 0~9.53m。其中有13个土洞充填或半充填流塑~软塑粘性土, 含砂、砾石、碎石;5个土洞无充填物。土洞规模大小不一, 推测以椭圆状或扁椭球体为主。部分土洞与土洞之间连通性较好, 连结成大土洞。

(3) 溶洞发育特征。据钻孔资料, 在钻孔揭露深度范围内, 77个钻孔中有74个揭露到灰岩, 其中23个钻孔见溶洞, 见溶率为31.08%。溶洞埋深27.80~43.90m, 洞高0.30~10.80m, 洞顶板砾状灰岩厚度0.20~6.20m, 洞顶板覆盖土层厚度26.20~37.5 0 m。

溶洞多呈充填或半充填状态, 仅5个溶洞无充填物, 充填溶洞占溶洞总数的6 3.33%, 半充填溶洞占20%。充填物为流塑~软塑粘性土的溶洞占46.67%, 充填物为砂、砾石的占36.67%, 少量溶洞无充填。其中充填及半充填溶洞分布于砾状灰岩的上部, 埋藏浅, 与古河道连通性好。无充填的溶洞分布部位稍深, 规模小, 连通性较差。

3 成因分析

(1) 形成原因。富湾岩溶地面塌陷的发生与可溶性基岩、透水性较好的上覆土层和丰富的地下水有密切的关系, 其成因主要有以下几点:

(1) 可溶性基岩。基岩为上三叠统下侏罗统 (T3~J1) 砾状灰岩, 厚层状, 砾石成分为灰岩, 钙质胶结, 滴酸强烈起泡, 属纯度较高的碳酸盐岩。受北东向、北西向断裂构造的挤压作用, 基岩裂隙发育, 为地下水流动提供了通道, 使岩层中形成了大大小小的溶洞。在砾状灰岩顶面形成了岩溶谷地和岩溶漏斗, 使第四系的沉积基底高低不平。

(2) 渗透性较好的残坡积土。残坡积土层的土类和厚度是土洞发育的重要因素。区内存在两种类型的残坡积土层:一种是由砂页岩风化而成的残坡积砂土、粘性土, 其下伏基岩为全风化、强风化或中风化砂页岩, 砂页岩之下才是砾状灰岩, 钻孔中未发现有土洞。另一种是由砾状灰岩风化而成的残坡积粘性土, 含灰岩碎石, 这类残坡积土具有一定的粘结力, 也具有一定的透水性。残坡积层是孕育土洞的主要地质体, 其成分和结构、厚度决定了土洞的发育程度。

(3) 丰富的地下水。受北东向、北西向断裂构造的挤压作用, 基岩裂隙、土洞和溶洞发育, 碳酸盐岩类裂隙溶洞水 (岩溶水) 及基岩裂隙水丰富。区内地面平坦, 水位埋深浅 (1.05~3.08m) , 周围水系发育, 并与地下水具有良好的连通性。同时该区第四纪早期曾一度是古河道, 沉积了第四系底部的粉细砂、中粗砂和砾砂, 属中~强透水层, 对残坡积土层和基岩产生强渗流作用。

(2) 形成机制。区内砾状灰岩中溶洞发育, 粉细砂、中粗砂、砾砂和残坡积层分布于砾状灰岩的顶部。在漫长的地质历程中, 第四纪从河流相冲积演变到海陆交互相冲淤积, 随着季节的变化和海进海退的演变, 地下水位也随之升降变化, 地下水侵蚀基准面升降循环复往。当地下水位上升时, 干燥的残坡积土体逐渐被软化成软弱层;当地下水位持续下降时, 土体失去水的浮托力的同时, 水力坡度也急剧增大, 使孔隙水对土体的潜蚀作用加强, 在孔隙间真空负压及地下水的潜蚀作用下, 土体不断流失, 被搬运到下伏砾状灰岩溶洞中或随水流带走, 于是在砾状灰岩与上覆残坡积土层之间形成土洞。随着地下水位的频繁升降作用, 土洞向上发展扩大。当潜蚀作用穿透残坡积土层顶部时, 第四系冲积砂层就快速塌落, 上覆土层失稳, 便发生地面塌陷。

4 治理措施

根据地岩溶地面塌陷特征, 综合考虑经济、环境和效果等因素, 采用如下3种治理方法:

(1) 清除填堵法:主要用于塌坑较浅或浅埋的土洞。首先清除其中的松散土体, 然后填入块石、碎石, 做成反漏层, 最后在表层填筑粘性土, 并夯实。

(2) 灌注法:通过钻探或物探等查明土洞、溶洞后, 通过钻孔或岩溶洞口进行注浆, 注浆材料主要为水泥、碎石、砂和速凝剂等。灌浆方式可采用低压间歇定量式或循环式灌注, 间歇时间为7~8 h。

(3) 截排水法:对已发生岩溶地面塌陷的点, 应快速填筑粘性土或水泥土;范围较大或重要建筑物附近等, 还应修建必要的排水设施。防止水流汇聚于塌坑, 并下渗, 再次引发或加剧岩溶地面塌陷。

摘要：岩溶地面塌陷是岩溶区比较发育的一种地质灾害, 在空间上具有隐蔽性, 在时间上具有突发性, 往往给附近居民造成很大危害。因此, 研究其成因, 并采取合理的防治措施, 对保障岩溶区群众生命和财产安全具有十分重要的意义。本文以富湾李家村岩溶地面塌陷为例, 分析其形成机理, 提出有效治理措施, 为该类地质灾害的治理提供参考。

关键词：岩溶地面塌陷,成因分析,防治